JP2004269336A - セラミック体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック製の中空管、特に、薄肉で細いセラミック製の中空管を、変形や破損を起こさせることなく、高い生産性で製造することができるセラミック体の製造方法の提供。
【解決手段】セラミック体を成形可能なキャビテイを有するセラミック製の型にセラミック原料を導入して有形化した後、該有形化したセラミック原料を該型と一体としたまま焼成し、冷却後、焼成したセラミック体を該型から離型し、セラミック体を製造することにより達成。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック体、特に薄肉のセラミック体の製造方法、より詳しくは、薄肉で、内孔径が５ｍｍ以下の中空管を効率よく製造する方法、および、その方法により得られる薄肉のセラミック製の中空管に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子部品の微小化にともない、それに適用されるセラミック体にあっても、微細化、薄肉化の要請が極めて強くなっている。
【０００３】従来から、全体を薄肉の構造としながらも比較的複雑な形状を有するセラミック体の製造は、所定の形状を有する石膏製あるいは樹脂製の鋳型に、セラミック原料を含有する泥漿を供給し、次いで、排泥した後、鋳型内に残存したセラミック原料を、乾燥、硬化させた後、離型し、次いで、離型した乾燥成形体を高温で焼成する鋳込み成形方法が行われている（非特許文献１）。
【０００４】この方法は、比較的複雑な形状のものを作製でき、例えば、一体型の中空形状や筒形状等の形状を有するセラミック成形体は、この方法によって作製が可能となる。
【０００５】しかしながら、従来の鋳込み成形方法では、未焼成で低強度の成形体を一旦型から離形し、その後焼成しているため、成形体の離型の際に、成形体の一部に破損を生じることがあり、特に、薄肉中空管の成形体等にあっては、その端面部分が破損し易かった。また、離型後の焼成段階で成形体に変形を生じ易く、特に、薄肉部分を有する成形体にあっては、その薄肉部分にうねりや反り等の変形が発生し易いという問題があった。特に、これらの方法では、セラミック製の中空管、特に、薄肉で細いセラミック製の中空管を製造することはできなかった。
【０００６】
【非特許文献１】
セラミック製造プロセスＩ（素木洋一著、技報堂出版株式会社：１７５〜２８６ペ
ージ、１９７８年１０月１０日発行）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セラミック製の中空管、特に、薄肉で細いセラミック製の中空管を、変形や破損を起こさせることなく、高い生産性で製造することができるセラミック体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記従来技術の問題点について鋭意検討した結果、セラミック体を成形可能なキャビテイを有するセラミック製の型にセラミック原料を導入して有形化した後、該有形化したセラミック原料を該型と一体としたまま焼成し、冷却後、焼成したセラミック体を該型から離型し、セラミック体を製造することにより、上記問題点を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】即ち、本発明によれば、セラミック原料を、セラミック製の型に導入して有形化し、次いで、該有形化したセラミック原料を焼成するセラミック体の製造方法であって、セラミック体を成形可能なキャビテイを有するセラミック製の型にセラミック原料を導入して有形化した後、該有形化したセラミック原料を該型と一体としたまま焼成し、冷却後、焼成したセラミック体を該型から離型し、セラミック体を製造することを特徴とするセラミック体の製造方法を提供するものである。なお、この場合に、少なくとも複数のキャビテイを有するセラミック製型を使用することが好ましい。何故ならば、一回の製造工程で、同時に複数のセラミック体を製造することができるからである。
【００１０】また、本発明によれば、前記セラミック原料としてスラリーを、また、前記型として多孔質セラミックからなる型を使用し、前記スラリーを前記型に導入し、前記スラリー中の媒質を該型に吸収させ、該セラミック原料中の固形分を該型に着肉させることにより、前記有形化を行うセラミック体の製造方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明について実施の形態を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１２】本発明に係るセラミック体の製造方法は、上述の如く、セラミック体を成形可能なセラミック製の型にセラミック原料を導入して有形化した後、該有形化したセラミック原料を該型と一体としたまま焼成し、冷却後、焼成したセラミック体を該型から離型し、セラミック体を製造することを特徴とするセラミック体の製造方法であって、所望とする形状を有するセラミック体、特に、薄肉で、内孔径が７ｍｍ以下、好ましくは、５ｍｍ以下、更に好ましくは、３ｍｍ以下、管長が少なくとも２０ｃｍ、好ましくは、３０ｃｍ以上、更に好ましくは、５０ｃｍ以上の中空管の製造方法に関する。更に、本発明は、少なくとも複数のキャビテイを有する型を用いることで、複数の上述のような長管で、かつ、薄肉の中空のセラミック体を同時に製造できるという、極めて工業的に優れたセラミック体の製造方法に関する。
【００１３】本発明に係る製造方法においては、焼成後のセラミック体は、焼成の際の収縮により、型との間に離型に充分な空間が確保されるため、離型作業を簡単に行えるだけでなく、離型の際に特別な力を加える必要もないので、離型に伴うセラミック体の破損が少なく、加えて、単数の型から同時に複数のセラミック体が製造できるので、極めて生産性に優れ、製造装置の自動化による大量生産にも容易に対応することができる。
【００１４】また、本発明においては、未焼成で低強度の成形体を、型と一体の状態で焼成するため、成形体が型によって支持された状態のまま焼成されため、型のキャビテイの形状に対応したセラミック体を得ることでき、特に薄肉のセラミック体にあっては、焼成時に発生する反り等の変形を効果的に防止することができる。
以下、本発明について、具体的に説明する。
【００１５】本発明で用いられるセラミック製型としては、セラミックから製造されたものであれば、特に制限はなく使用可能であるが、焼成後のセラミック体の離型を容易にするため、できれば、使用前に既に焼成されたものであることが好ましい。また、本発明で用いられる型は、繰り返し成形体と共に焼成しても、複数回使用できることが望ましく、そのためには、耐熱性を有する必要があり、例えば、コージェライト、ＳｉＣ、アルミナ、からなる群より選ばれる少なくとも１種のセラミックで構成されているものを挙げることができる。
【００１６】本発明で用いられる型としては、少なくとも一方の端部に、好ましくは両端に開放孔を有する、少なくとも複数のキャビテイが型の長手方向に形成された、いわゆるモノリス構造のものが好適に使用される。勿論、キャビテイの表面は、多数のセラミック層が積層された複層構造を有するものでもよい。両者を組み合せたものでもよい。なお、キャビテイの断面形状は、製造対象の成形体の形状により異なるが、真円状でも、楕円形状でも、三以上の多角状でも、中心部と端部との形状が異なるものであってもよい。
【００１７】また、これらの型としては、例えば、型全体を水など、原料の媒質として使用される液体を透過する性質（以下単に、透過性と称する）の多孔質セラミックで構成したもの、を挙げることができる。
【００１８】透過性の多孔質セラミックからなる型は、成形体原料としてスラリー等、例えば、水などの媒質を比較的多く含む材料を用いる場合に、型に、媒質を吸収させることで、媒質の除去を行うことができるため、媒質の除去、及び焼成を極めて容易にすることができる。
【００１９】本発明で用いられる複層構造の型の例としては、例えば、多孔質セラミックからなる基体から構成されるキャビテイ表面に、当該基体を構成する多孔質セラミックよりも、平均細孔径の小さな多孔質セラミックからなる離型層を形成したもの等を挙げることができる。
【００２０】本発明のセラミック体の製造方法においては、型まで一緒に焼成するため大きな焼成エネルギーを必要とするが、透過性の多孔質セラミックからなる型を使用すれば、型の熱容量が小さくなりセラミック原料の焼成に要するエネルギーを低減できる。また、セラミック原料とともに存在する媒質の除去を容易にしながら、焼成後のセラミック体の離型を容易にすることもできる。
【００２１】本発明で用いられる型の骨材としては、アルミナ、ムライト、コージェライト、炭化珪素、及び陶磁器屑からなる群より選ばれる少なくとも１種のセラミックからなるものを挙げることができ、耐熱性、耐熱衝撃性、及び透過性等の要求に応じて適宜選択すればよい。また、焼結助剤としては、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ガラスフリット、長石、及びコージェライトからなる群より選ばれる少なくとも１種のセラミックからなるものを挙げることができ、平均粒径５μｍ未満のセラミック粒子からなるものが好ましい。
【００２２】また、複層構造を有する型において使用される多孔質セラミックからなる離型層は、基体を構成する骨材と同様のセラミックで構成することができ、当該セラミック粒子を含むスラリーを基体から構成されるキャビテイ表面に製膜した後、焼成せしめることにより離型層を形成することができる。
【００２３】本発明で用いられる型としては、セラミック原料を導入できる所望形状の空所が少なくとも複数形成されておればよく、例えば、雄型と雌型とから構成される型でも、型内部に中子を有するものでも、一体構造の型でもよく、目的とする成形体の形状に応じて、適宜選択すればよい。また、セラミック原料が導入される空所も目的に応じて種々の形状とすれば良い。本発明で用いられる型は、図１に模式的に示すように、型の分離や破壊を要することなく焼成後のセラミック体を取り出し可能な状態で、キャビテイ５が型１の両端部において外部に開口しているものが好適に使用可能である。
【００２４】型は、通常はセラミック製原料を使用し、所望とする形状のキャビテイが形成されるように、押し出し成形などにより、成形し、これを焼成して製造すればよい。キャビテイの断面形状は、成形品により、適宜選択されることとなるが、三角形、四角形、円形、楕円形、台形、五角形以上の多角形等種々の形状を取りうる。なお、複雑な形状を有する成形品の型は、焼成後の機械加工などにより、所望の形状としてもよく、また、必要により、雌型と雄型からなる型としてもよい。なお、生産性の点からは、型としては、少なくとも複数のキャビテイが設けられているものが好ましい。その場合には、各キャビテイの形状は、必ずしも全部が同一でなくともよいことはいうまでもない。
【００２５】本発明において使用される上述のような型１を使用することにより、型と成形体の焼成、冷却後、単に型１の何れか一方の端部を傾かせ、焼成された成形体をキャビテイ内部に保持した状態で型を傾斜させるか、又は型１における空所５のいずれか一方の開口部を下方に向けることで、セラミック体の自重を利用することで、ことさら外部から力を加えることなく、取り出すことができる。従って、実質的に、従来の様な離型工程を必要とせず、単数の型から少なくとも複数のセラミック体を同時に製造できるので、生産性を大幅に向上できる。
【００２６】本発明で用いられるセラミック原料としては、目的とした成形体の用途に応じて、所望とする特性を発揮できるセラミック粉末を選択すればよく、特にその種類に制限はない。型への成形体成形用材料のチャージに際しては、セラミック粉末に所望量の媒質等を添加し、混練りして調製した杯土、または、スラリー等、何れの状態のものでもよい。勿論、材料のチャージに際しては、所望とするセラミック粉末に、必要に応じて、媒質、焼結助剤、有機バインダ、界面活性剤、及び可塑剤等の添加物を添加、混合してもよい。
【００２７】本発明において、型に導入された原料の有形化は、例えば、鋳込み成形、射出成形、加圧成形等の成形方法等の各種セラミック成形方法が適用可能である。もっとも、透過性を有する多孔質の型を用いる場合には、鋳込み成形により成形することが好ましく、非透過性の型を用いる場合には、射出成形、加圧成形等の成形方法により成形することが好ましい。
【００２８】また、本発明において、成形体を焼成する際の条件は、成形体を型と一体の状態で焼成を行うこと以外に特に制限はなく、型の耐熱性と型の熱応力に留意して、各セラミック原料に対して通常行われる条件を、適宜選択して行えばよい。
【００２９】焼成後の冷却工程についても特に制限はなく、通常行われる温度プログラムに従い冷却すればよく、焼成後のセラミック体と型のキャビテイ間には、グリーン成形品の焼成収縮によりキャビテイ間と焼成されたセラミック体との間には、離型に充分な間隔が確保されることとなる。かくして、焼成後のセラミック体の離型の際、外部から特定の力を加えなくとも、容易にセラミック体を離型することができる。
【００３０】この際、型として、セラミック原料の導入用キャビテイが、焼成後のセラミック体を取り出し可能な状態で外部に開口していれば、焼成後、当該型を傾斜して、又は当該開口部位を下方に向けることにより、セラミック体を自然落下により取り出すことができる。複雑形状品ついても割型とすることによりセラミック体を自然落下により取り出すことができる。これにより、ことさら成形品を型から離型するための特別な操作を必要とせず、離型することにより、セラミック体の製造が可能となり、製造効率を大幅に向上でき、装置の自動化へも容易に対応可能となる。特に、型として、少なくとも複数のキャビテイを有するものを使用することにより、一回の製造で、複数のセラミック体の製造が可能となる。
【００３１】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、下記の実施例により何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例においては、複数のキャビテイを有する型を使用した。
【００３２】
（実施例１） まず、チタニア粒子（平均粒径：０．５μｍ）３質量％と、水９７質量％とを混合して原料スラリーを調製した。次いで、長手方向に平行に設けられた複数のキャビテイを有し、同キャビテイの両端分が開口部を形成しているセラミック製の型を用い、当該型のキャビテイに焼成後の肉厚が所定の値となる量の原料スラリーを導入し、スラリー中の水分を、型表面から型内に吸収させ、原料スラリー中の固形成分を型に着肉させた。
【００３３】この際、型としては、アルミナ質骨材（アルミナ純度９５質量％）、及びホウ酸ガラスからなる焼結助材で構成される多孔質基体中に形成されているキャビテイ表面に、チタニア質の離型層を形成された、内径２．５ｍｍφのキャビテイがハニカム状に複数形成されている、外形１８０ｍｍφ、長さ８０ｍｍの型を用いた。次に、スラリー中の水分が、型の表面から型内に吸収されて、肉眼ではその存在を明確に認識できなくなった時点で、成形体が型に着肉して状態で、型と一体の状態のままで、自然乾燥により乾燥した。
【００３４】乾燥したことを確認した後、型と一体の状態のままで、焼成炉に入れ、９６０℃まで昇温し、３時間焼成した。
【００３５】焼成後のセラミック体を型と一体としたまま、炉内に放置し、冷却した後、型の一方の開口部を下方に向け離型することにより、外径２．５ｍｍφ、内径２．４５ｍｍφ、長さ８０ｍｍの中空管状のセラミック体２０本を一個の型を用いて製造することができた。
【００３６】得られたセラミック体を検査したところ、何れの管にも厚さムラは認められず、真円度も高く、薄肉のセラミック体でありながら、極めて寸法精度に優れるものが得られた。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、セラミック体、特に、薄肉で、中空管状のセラミック体を、変形を生じさせることなく、高い生産性で製造することができるセラミック体の製造方法を提供することができる。本発明の製造方法によれば、数十ミクロンオーダの薄さを有する各種形状のセラミック部品への適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられる型の一例を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１…基体、５…キャビテイ、７…両端が開口したキャビテイ。

Claims (3)

1. セラミック原料を、セラミック製の型に導入して有形化し、次いで、該有形化したセラミック原料を焼成するセラミック体の製造方法であって、
   セラミック体を成形可能なキャビテイを有するセラミック製の型にセラミック原料を導入して有形化した後、該有形化したセラミック原料を該型と一体としたまま焼成し、
   冷却後、焼成したセラミック体を該型から離型し、セラミック体を製造することを特徴とするセラミック体の製造方法。
2. 該セラミック製の型が少なくとも複数のキャビテイを有するもの型を使用し、同時に一つの型から少なくとも複数のセラミック体を製造する、請求項１に記載のセラミック体の製造方法。
3. 前記セラミック原料としてスラリーを、また、前記型として多孔質セラミックからなる型を使用し、前記スラリーを前記型に導入し、前記スラリー中の媒質を該型に吸収させ、該セラミック原料中の固形分を該型に着肉させることにより、前記有形化を行う請求項１または２に記載のセラミック体の製造方法。

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